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国网上海综能公司张春雁:能源利用高效化和电气化是碳中和的首要途径

北极星氢能网 来源:北极星电力网    2021/7/14 22:03:55 我要投稿

北极星氢能网讯:“在能源结构转型的使命驱使下,在双碳目标的引领下,能源利用高效化,减碳化将推动综合能源服务产业加速发展,包括氢能综合利用的经济性奇点也会加速到来。”

——国网上海综合能源服务有限公司副总经理张春雁

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7月14日,国网电商科技有限公司联合北极星电力网在苏州举办“零碳赋能—工业园区综合能源服务专题研讨会”。通过园区政府、用能企业和综合能源服务商的生态对接,打造一个工业园区能源链,打通多方综合能源服务通道,为综合能源服务产业发展赋能。

现场直播 | 零碳赋能—工业园区综合能源服务专题研讨会

以下为发言实录:

尊敬的各位领导、各位来宾:

今天非常高兴跟大家聚集在苏州,苏州工业园区是全国标杆。今天的主题是围绕工业园区如何面向双碳目标推动能源转型发展。工业园区是我国当前经济发展的主体单位,全国各类园区约有16500个之多,工业园区在双碳目标下能源结构、能源消费形态、能源服务方式都面临着转型的需求。今天我们大家共同围绕这个话题进行探讨意义重大。

我讲的主题就是围绕终端能源系统,如何通过能源利用高效化、电气化、减碳化助力双碳目标实现。主要有三个方面:双碳目标下综合能源服务的使命,终端能源系统碳中和转型路径,双碳目标下综合能源技术需求。

双碳目标下综合能源服务的使命

能源革命需求下大家都在探讨如何通过综合能源技术和服务提升效率,减低排放,特别是一些发达国家,一直走在我们前面。大家都知道,能源是人类进步和生存发展的基础,能源在某种程度上决定了人类文明的变迁。目前全球能源转型面临的挑战是非常严峻的,比尔.盖茨有一本新书《气候经济与人类未来》,书中提到:全球气候变暖将给人类带来严重后果,这个后果将5倍于新冠肺炎。防止这个后果产生的目标也已经非常量化,《巴黎协定》中明确提出人类应将地球温升控制在工业化前1.5度内。

近两年由于新冠肺炎影响人类经济社会活动导致碳减排绝对量同比在减少,但碳浓度已经达到三百万年来最高,6月预测已是约417PPM。全球都在探讨气候变暖、二氧化碳如何控制。在这样的形势下,去年9月22日联合国第75届大会上我国向全世界郑重宣告中国要加大自主力度,力争2030年前二氧化碳达到峰值,2060年实现碳中和。这个提法是非常量化的,不管是2030,还是2060,不是愿景,而是数字化的目标。

碳达峰和碳中和目标已经成为生态文明建设的核心所在,关系到人类可持续发展。大家可以看到,我国这个提法从2009年到2015年到2020年,本来是一些相对的指标和目标,但后来的碳达峰是绝对指标,到今天碳中和也变成了绝对目标。

这是按照有关资料整理的我国碳中和总体实现路径,目前我国能源消费强度,单位GDP能耗跟二氧化碳排放与世界发达国家相比实际上差距还是比较大。当前我们的能耗是欧美国家的1.3倍以上,即使能减少一个百分点,对二氧化碳排放减少带来的作用也是非常大的。因此,当务之急是提高各个领域、各个场景、各个行业的能效,提高能源综合利用效率。实际上据有关资料,我国平均综合能源利用效率不到35%,世界平均水平在45%左右,有些国家甚至要到70%左右,所以能源综合利用效率的提升是当务之急,而能源综合利用的目的首先是未了提高能效,所以开展综合能源服务也是势所必然。

终端能源系统碳中和转型路径探讨

当前电力结构主要是以煤炭、天然气为主的化石能源发电,2020年我国二氧化碳排放实际达140亿吨之多,等于美国加欧盟国家的总量还多。后面会转到以可再生能源为主的电源结构,到2050年可再生能源电力消费将占50%以上,意味着装机容量至少要占到60-70%。另外,终端能源系统,不管是工业、建筑、交通,还是生活领域,电气化水平比较低,目前全国平均电气化水平现大概为25%,还比较低。

再一个路径是低碳零碳能源,风光水等可再生能源,包括氢能,氢能是清洁的二次能源。如果来自于可再生能源电力制氢,完全可以成为整个环节构成零碳的能源体系。后面还有一些负碳的技术,在转型过程中肯定要通过二氧化碳的捕集利用,CCS、CCUS技术等,因为这些技术存在可以使化石能源保持一定的数量。当然还有森林碳汇等,这几个方面构成了总体能源结构向碳中和目标转型的整体路径。

国家电网公司是第一个发布"碳达峰、碳中和"双碳行动计划的中央企业。电网作为能源系统重大的平台和枢纽,它在碳达峰和碳中和中担当重大的责任。行动计划明确提出把碳达峰、碳中和作为重大战略任务,指出实现双碳目标关键在于能源的生产侧做到清洁化、低碳化,能源消费侧做到电气化、高效化。

3月15日中央财经委员会会议上针对双碳目标做出了具体的部署,特别提出要构建以新能源为主体的新型电力系统,这与以前的提法完全不一样。以前说是双高的电力系统(高比例电力电子、高比例的可再生能源),但这次中央明确提出的是以新能源为主体的新型电力系统。现在全国能源行业、电力行业,很多专家都在研究我国如何构建新型电力系统,怎么做到以新能源为主体。大家注意,这里是以新能源为主体,并不是直接讲可再生能源或者清洁能源。新能源意味着技术发展的支撑非常重要。以前烧木炭的时候煤是新能源,烧煤的时候石油、天然气是新能源,今天烧石油、天然气,可再生能源风光水及生物质、核能、氢能是新能源。可再生能源怎么做到主体地位离不开技术创新、融合创新,也离不开综合能源技术和综合能源服务。国家电网公司目前基于传统主营业务(输配电、供电服务),非常明确的提出供电+能效服务,通过这种形式响应双碳目标,支撑构建新型电力系统,在能源消费侧大力开展电能替代、需求响应和综合能源服务,从终端消费侧推动双碳目标实现,构建清洁低碳安全高效的现代能源体系。

这是我刚才上面讲过的,也是现在面临的能源和电力转型方向。一方面是能源结构向低碳无碳转型,能源应用向小型分布式转型;远距离大规模输送向就地平衡转移;供给侧的被动输送向供需互动转移;终端能源消费电气化和柔性资源聚合优化,这是在双碳路径情况下电力与能源系统转型的路径。目标是要构建能源互联网的新生态,所谓的能源互联网将会是使用能源象今天我们使用互联网一样,目前可能是一个目标,但实际上正是是能源转型的方向。

我们认为能源互联网一方面是可再生能源,还有智能电网,我国电网现在是世界上最大、以特高压作为主干网络的坚强智能电网,还有综合能源服务,这些将构成能源互联网新生态。

这是双碳转型路径,实际上源网荷储从电源到电网,到能源消费侧都存在能源结构转型要求。在终端,比如一个园区,原来主要是供电服务,但现在我们在供电服务基础上怎么共同提升全社会的能效,前面提到能效是向双碳转型的第一路径。国家电网公司明确提出以后要开展供电+能效服务,能源服务由单一的电力服务向综合能源服务转型,根据客户需求制定清洁低碳安全高效的综合能源解决方案,做到个性化、定制化、差异化。这个方案从社会来说是提升公共能效,从客户来说能够节能节费,这是很重要具体做法。

供电服务是监管服务,只要园区造好必须要提供可靠的供电保障,但市场化能效服务不一样,这是市场行为,服务包括电能替代、综合能源服务、需求响应、园区能源怎么清洁高效低碳利用等等,这就要求是即有能源利用效益,又具有经济价值的方案。作为核心的新兴业务,现在全国每一个省都有综合能源服务公司,这个公司的使命是在能源结构转型当中充分发挥电网公司优势、客户资源优势,提供更好的综合能源服务解决方案服务。

我们可以具体看一下,公共服务大家都很熟悉,上一个园区首先要有供电服务,包括电力规划建设运行、电力检测、能效诊断、交易撮合等等;现在市场化的服务分三个大板块,电能替代,需求响应和综合能源服务,都与能源高效利用、低碳节能减排有关。前面的业务板块从具体方向来说,目前主要是围绕六个方向开展综合能源服务:1、综合能效提升服务:多场景、多领域、多专业如何提升能效,降低能源消耗。2、多能供应服务:基于园区进行统一规划,梯级利用和多能互补的冷、热、电等能源一体化供应服务。3、清洁能源服务:从我们的角度来说不单单是开发风电、光伏,它是风电光伏储能充电等的综合利用,怎么通过综合利用提高风光等的效率,提升价值。4、新型用能服务:实际上这部分重要的是针对储能部分,传统的是抽水蓄能,但构建新能源为主体的新型电力系统,储能必将大规模应用,电化学储能包括氢储能等都有应用空间。氢储能环境友好,可做到夸时空,可以期待。5、智慧用能:目前是数字时代,大云物移智等技术非常发达,基于数据和算力的能源调度控制技术在能效提升和减碳方面必将大有用武之地。6、能源交易服务:包括能源和电力交易,现货和分布式能源直接交易,跨区域可再生能源交易等,以及绿色电力交易,绿证和碳市场服务等等。

双碳目标下综合能源服务技术需求举例

首先是综合能源系统构建技术,包括规划仿真和优化运行控制技术等。

源侧发电系统怎样向清洁低碳综合能源系统转型,欧美已经在做不少的工作。燃煤燃气发电厂怎样向无碳化转型,像欧洲有一个技术路线,燃气轮机可以通过燃烧氢做到零碳排放,而且效率更高;常规燃煤火电厂排放的二氧化碳可以通过电解制氢,氢就可以跟二氧化碳结合,变成氨,甲醇、乙醇等,这又是一种可以广泛应用的燃料,这些技术路径正在探讨。

而面向终端,象园区怎样构建一个综合能源系统?所谓综合能源,通过多能互补,通过能源梯级利用,通过多元协同来提升它的能效,提高能源利用价值,同时降低它的排放,向零碳,碳中和发展。这方面我们技术手段本身还是很缺乏的,牵扯到能源转化技术,不仅是能源利用技术。你要做这个方案,不能构建一个清洁低碳安全高效综合能源系统,一切都是空的。一个园区的开发不会像以前那么粗放,只要有一个热电联供或三联供就行了,还要有本地可再生能源的充分利用,园区余热余压泛汽的利用等等,园区边界情况之下怎样构建一个高效低碳的综合能源系统?这就是一个新课题。怎么样把综合能源规划能够真正从政策上,从技术上,从商业模式上能够尽快推动是一个创新挑战。

其次,太阳能高效利用技术,光伏,包括光热技术不断在发展,从综合能源来说,怎样做一个一体化的系统?相互之间是互补的,这里面牵扯到能源转换技术,面向客户资源利用,怎样做到风光储充一体化,建筑一体化开发,等等。园区里很多是工业厂房,光伏充分挖掘是义不容辞的责任,但也亟需技术和政策的突破。

再一个是电气化技术,现在也有非常明确的目标,2035年达到38%,2050年要达到至少50%以上,甚至60-70%。这么高电气化水平怎么实现,我觉得很重要是技术上的问题,电本身就是二次能源,电转冷热效率怎么提高,什么场景,什么条件下可以体现出经济性?这是需要去解决的问题,期待高效的电能转换和储热、储冷等技术的突破和应用。

还有就是需求侧可调节负荷资源潜力怎么挖掘?一个工业园区有各种性质的负荷,有的负荷可以中断,有的负荷可以利用惯性,有的负荷可以快速响应电网需求。这些资源是零碳资源,对于电网安全稳定有好处,对于客户来说可以实现新价值,对于园区来说这些设备也可以得到到高效充分利用,大规模的需求响应和虚拟电厂资源应该充分挖掘。

最后再讲一下氢能,我认为氢能从21世纪能源转型需求来说,可能将逐步提升到与电同等的地位,以后可能就是电氢协同的能源时代。氢能与电能同属二次能源。基于可再生能源大规模利用、电和氢之间融合协同、相互转化,再耦合冷热、燃料等等多种能源将构成清洁低碳安全高效的现代能源体系。特别是以大规模可再生能源电制“绿氢”推动的零碳能替代将成为实现供给侧和消费侧深度脱碳目标的关键。供给侧方面,以电网为平台,通过“绿氢”和可再生能源耦合运行,促进可再生能源就地或并网消纳;消费侧方面,氢能在交通、建筑、钢铁、化工等领域得到广泛应用,实现“绿氢”替代和能效提升及多能源灵活转换将成为必然之势。我国现在除了交通领域氢能发展势头明显,其他领域也已经起步,实际上看日本、美欧,它们一些国家早已经把氢提高到国家能源战略层面,作为向碳中和转型的重要能源支撑。像欧盟的碳中和计划,通过可再生能源,主要是海上风电制氢已经计划到电解槽的数量。虽然这方面目前在我国还比较前沿,但现在很多园区本身就有副产氢,它本身就可以充分利用,另外园区本身也有光伏的开发,通过光伏制氢,储存以后在需要的时候通过燃气轮机或燃料电池进行发电供热,在需求侧形成互动,同时为园区交通车辆提供氢能,为建筑等提供电力和冷热等能源,这形成一个真正的绿色零碳循环,值得探讨。燃料电池技术、电解制氢技术本身也在快速发展,将不断成熟,技术经济性的优势必将会加快体现出来。

综上可见,在能源结构转型的使命驱使下,在双碳目标的引领下,能源利用高效化,减碳化将推动综合能源服务产业加速发展,包括氢能综合利用等的成本奇点也会加速到来。

双碳目标,未来已来,综合能源服务是重塑能源服务生态圈,非常欢迎大家有机会来上海共商合作,共同实践绿色发展新理念。谢谢。

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